W artykule o ładunek elektryczny dan rodzaje ładunków elektrycznych Wyjaśniono, że ładunki elektryczne o jednakowym ładunku odpychają się, podczas gdy ładunki elektryczne o różnym ładunku przyciągają się. Innymi słowy, obiekty o ładunku dodatnim przyciągają obiekty o ładunku ujemnym, obiekty o ładunku dodatnim odpychają obiekty o ładunku dodatnim, a obiekty o ładunku ujemnym odpychają obiekty o ładunku ujemnym. Zjawisko to wskazuje na istnienie siły elektrycznej działającej na obiekty o ładunku dodatnim i obiekty o ładunku ujemnym. Jakie czynniki wpływają na wielkość siły elektrycznej między obiektami o ładunku elektrycznym?
Francuski fizyk Charles Coulomb (1736–1806) przeprowadził serię eksperymentów w latach 1780. XVIII wieku, aby zbadać czynniki wpływające na wielkość siły elektrostatycznej między obiektami naładowanymi elektrycznie. Aparatura używana przez Coulomba była podobna do tej, której Cavendish używał do badania stałej grawitacyjnej, zwanej wagą torsyjną. Coulomb badał siłę elektrostatyczną, dlatego użył dwóch naładowanych elektrycznie metalowych kul, podczas gdy Cavendish badał siłę grawitacyjną, dlatego użył dwóch nienaładowanych elektrycznie kul o masie.
Jak działa skala momentu obrotowego
Sposób działania skali momentu obrotowego jest związany z tematem moment obrotowy lub moment siły w rozdziale dynamika obrotowa.
Przestrzeń w wadze skrętnej jest próżnią, aby zapobiec przeniesieniu ładunku elektrycznego na pełnej kuli do powietrza. Określenie ilości ładunku elektrycznego na pełnej kuli odbywa się za pomocą następującej metody. Początkowo pełna kula A zostaje naładowana elektrycznie poprzez przewodzenie lub tarcie. Pełna kula A, która została naładowana elektrycznie, jest połączona z pełną kulą B, która jest nadal obojętna, za pomocą przewodnika elektrycznego, aż ładunek elektryczny pełnej kuli A zostanie równo podzielony z pełną kulą B. Jeśli ilość ładunku elektrycznego pełnej kuli A wynosi ½, to ilość ładunku elektrycznego pełnej kuli B wynosi ½. Następnie pełna kula B i pełna kula C są połączone przewodnikiem elektrycznym, aż ładunek elektryczny pełnej kuli B zostanie równo podzielony z pełną kulą C. Jeśli ilość ładunku elektrycznego pełnej kuli B wynosi ¼, to ilość ładunku elektrycznego pełnej kuli C wynosi ¼. Ilość ładunku elektrycznego i rodzaj ładunku elektrycznego pełnej kuli 1 i pełnej kuli 2 są uzyskane w ten sposób.
Kula 1 i kula 2 są naładowane elektrycznie, tak że odpychają się, jeśli mają taki sam ładunek elektryczny, lub przyciągają się, jeśli mają różny ładunek elektryczny. Istnienie siły przyciągania lub odpychania między dwiema naładowanymi elektrycznie kulami powoduje obrót kuli 2. Kąt obrotu kuli 2 jest mierzony w celu określenia siły elektrycznej działającej na obie kule.
Czynniki wpływające na siłę elektryczną
Opierając się na eksperymentach przeprowadzonych przy użyciu wagi torsyjnej, Coulomb dokonał kilku odkryć.
– W tym eksperymencie odległość między dwiema kulami jest zawsze taka sama. Gdy ładunek elektryczny kuli 1 wynosi 1, a ładunek elektryczny kuli 2 wynosi 1, siła elektrostatyczna działająca na obie kule wynosi 1. Gdy ładunek elektryczny kuli 1 wynosi 2, a ładunek elektryczny kuli 2 wynosi 2, siła elektrostatyczna działająca na obie kule wynosi 4. Coulomb wywnioskował, że wartość siły elektrostatycznej działającej na obie kule jest proporcjonalna do iloczynu ładunku obu kul (F ≈ q1 q2).
– W tym eksperymencie ilość ładunku na obu litych kulach jest zawsze taka sama. Jeśli odległość między nimi wynosi 1, to siła elektrostatyczna działająca na obie lite kule wynosi 1. Jeśli odległość między nimi wynosi 2, to siła elektrostatyczna działająca na obie lite kule wynosi ¼. Coulomb doszedł do wniosku, że wartość siły elektrostatycznej działającej na obie lite kule jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości (F ≈ 1 / r2)
Prawo Coulomba
Prawo Coulomba to prawo fizyki, które wyjaśnia związek między siłą elektrostatyczną, ładunkiem elektrycznym i odległością między ładunkami. Prawo to zostało sformułowane na podstawie eksperymentów Coulomba, jak wyjaśniono w poprzednim artykule.
Prawo Coulomba Stwierdza, że wartość siły wywieranej przez cząstkę naładowaną elektrycznie na inną cząstkę naładowaną elektrycznie jest wprost proporcjonalna do iloczynu sumy ładunków obu cząstek i odwrotnie proporcjonalna do kwadratu odległości między nimi. Siła ta działa wzdłuż linii prostej łączącej obie cząstki. Siła elektryczna jest odpychająca, jeśli ładunki elektryczne obu cząstek są takie same, a siła elektryczna jest przyciągająca, jeśli ładunki elektryczne obu cząstek są różne.
Prawo Coulomba można zapisać za pomocą równania matematycznego:
Opis formuły:
F12 = siła elektryczna pomiędzy cząstką 1 i cząstką 2
q1 = liczba ładunków cząstek 1
q2 = liczba ładunków elektrycznych cząstki 2
r12 = odległość między cząstką 1 a cząstką 2
(czytaj: epsilon zero) = 8,854 x 10-12 C2/Nm2
k = (stała Coulomba) = 9 x 109 nm2/C2
F21 jest siłą wywieraną przez ładunek q2 opłata q1, podczas gdy F12 jest siłą wywieraną przez ładunek q1 opłata q2. fa21 i F.12 odpychają się, gdy ładunek wynosi q1 i q2 podobne i przyciągają się, gdy ładunek wynosi q1 i q2 nie jest to ten sam typ.
F21 i F.12 mają tę samą wartość, przeciwny kierunek i działają na różne obiekty, dlatego też te dwie siły tworzą parę sił akcji i reakcji.
